Question

6．铝是当前使用量仅次于铁的金属．
（1）工业上以铝土矿（主要成分为Al₂O₃，含FeO、Fe₂O₃等杂质）为原料冶炼铝韵I艺流程如图1所示：

①溶浸时反应的离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，提高溶浸时浸出速率的方法是（答出一条即可）铝土矿粉碎、适当加热、适当提高NaOH浓度等．
②溶液乙中溶质的化学式为NaHCO₃，操作a为加热．
（2）如图2是工业冶炼铝的电解槽．
①工业上是用高熔点的A1₂O₃而不是用低熔点的A1C1₃为原料制备铝的原因是氯化铝为共价化合物，熔融状态下不导电．
②冰晶石（Na₃A1F₆）的作用是降低氯化铝熔融温度，阴极上的电极反应式为Al³⁺+3e^-=Al．
③电解时会不断被消耗的电极是阳极（填“阴极”或“阳极，），若电解得到9kg铝，同时消耗石墨0.03kg，则电解过程中生成的气体在标准状况下的体积至少为5600 L．
（3）对铝制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命．以铝材为阳极、H₂SO₄溶液为电解质溶液进行电解，铝材表面形成氧化膜，阳极的电极反应式为2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）铝土矿主要成分是Al₂O₃，含FeO、Fe₂O₃等杂质，将铝土矿用NaOH溶解，氧化铝溶解生成NaAlO₂，FeO、Fe₂O₃不溶于NaOH溶液，然后采用过滤方法得到滤液甲为NaAlO₂溶液，则试剂甲为NaOH；
向滤液中通入试剂二氧化碳，所以试剂乙为二氧化碳，得到Al（OH）₃沉淀和NaHCO₃，然后采用过滤方法得到固体甲为Al（OH）₃，溶液乙为NaHCO₃；将沉淀Al（OH）₃解热分解得到Al₂O₃，电解熔融氧化铝得到Al单质；
①溶浸时氧化铝和NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和水，提高溶浸时浸出速率的方法有：增大氢氧化钠溶液浓度、加热、增大反应物接触面积等；
②溶液乙中溶质的化学式为NaHCO₃，将沉淀Al（OH）₃解热分解得到Al₂O₃；
（2）①低熔点的A1C1₃为共价化合物，熔融状态下不导电；
②冰晶石（Na₃A1F₆）的作用是降低氧化铝熔融温度，阴极上铝离子得电子发生还原反应；
③电解时会不断被消耗的电极是阳极，若电解得到9kg铝，同时消耗石墨0.03kg，根据转移电子守恒计算生成氧气物质的量，得到气体包含二氧化碳和氧气，再根据V=nVm计算气体体积；
（3）阳极上铝失电子和水反应生成氧化铝和氢离子．

解答 解：（1）铝土矿主要成分是Al₂O₃，含FeO、Fe₂O₃等杂质，将铝土矿用NaOH溶解，氧化铝溶解生成NaAlO₂，FeO、Fe₂O₃不溶于NaOH溶液，然后采用过滤方法得到滤液甲为NaAlO₂溶液，则试剂甲为NaOH；
向滤液中通入试剂二氧化碳，所以试剂乙为二氧化碳，得到Al（OH）₃沉淀和NaHCO₃，然后采用过滤方法得到固体甲为Al（OH）₃，溶液乙为NaHCO₃；将沉淀Al（OH）₃解热分解得到Al₂O₃，电解熔融氧化铝得到Al单质；
①溶浸时氧化铝和NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和水，离子方程式为Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，提高溶浸时浸出速率的方法有：增大氢氧化钠溶液浓度、加热、增大反应物接触面积等，所以可以采用将铝土矿粉碎、适当加热、适当提高NaOH浓度等，
故答案为：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；铝土矿粉碎、适当加热、适当提高NaOH浓度等；
②溶液乙中溶质的化学式为NaHCO₃，将沉淀Al（OH）₃解热分解得到Al₂O₃，故答案为：NaHCO₃；加热；
（2）①低熔点的A1C1₃为共价化合物，熔融状态下以分子存在而不导电，故答案为：氯化铝是共价化合物，熔融状态下不导电；
②冰晶石（Na₃A1F₆）的作用是降低氧化铝熔融温度，阴极上铝离子得电子发生还原反应，电极反应式为Al³⁺+3e^-=Al，故答案为：降低氧化铝熔融温度；Al³⁺+3e^-=Al；
③电解时会不断被消耗的电极是阳极，若电解得到9kg铝，同时消耗石墨0.03kg，得到9000g铝转移电子物质的量=$\frac{9000g}{27g/mol}×3$=1000mol，当C被氧化生成CO时阳极得到气体体积最多，生成CO₂时得到氧气体积最少，根据转移电子相等生成CO₂时得到n（O₂）=$\frac{1000mol-\frac{30g}{12g/mol}×4}{4}$=247.5mol，
根据C原子守恒得n（CO₂）=$\frac{30g}{12g/mol}$=2.5mol，得到气体总体积=（247.5+2.5）mol×22.4L/mol=5600L，
故答案为：阳极；5600；
（3）阳极上铝失电子和水反应生成氧化铝和氢离子，电极反应式为2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺，故答案为：2Al+3H₂O-6e^-=Al₂O₃+6H⁺．

点评 本题考查混合物的分离和提纯，为高频考点，涉及电解原理、金属冶炼、反应速率影响因素等知识点，明确反应原理及物质性质是解本题关键，难点是电极反应式的书写，易错点是（2）③的计算，注意阳极生成的气体不仅有氧气还有碳氧化物，注意氯化铝属于共价化合物，题目难度不大．